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泥水平衡頂管頂力突增應對步伐分析

  • 2022-07-13

  • 運營部

在實際工程中,應對頂力突增的普通做法是將中繼間許用頂力的30%~40%作為安全裕度,這也是一種綜合考慮了施工經濟性和安全性的經驗做法,但這個經驗值不能考慮中繼間最大頂力絕對值的影響,也沒能夠考慮頂進區間施工難度的影響,在工程中應用具有一定的局限性。唐興裝備深耕非開挖領域近20年,讓我們一起基于工程實例分析一下頂力突增的原因以及應對方案。

基于廈門市某地下綜合管廊工程中單區間長982 m,外徑3.6m的海底混凝土頂管的實測頂力,對此中一十一次頂力猝然增大的原因展開剖析,為類工程的設計與施工供给參考。

工程概況

廈門市某過海段綜合管廊选择二根內徑為3m的平行直線型頂管,面呈一字坡,縱向坡度0.3%,單線為982m,頂管管節拔取C50鋼筋混凝土預制,选择F型接口,壁厚300 mm,管節長度為2.5 m。

根據工程地質勘查報告,頂管軸線范圍內主要為粉質粘土、殘積砂質粘性土、中粗砂或巖脈殘積粘性土,頂進穿越地層的土體物理力學參數如下表。


代表性地層的土體物理力學參數

管道覆土厚度為6~12 m,管道軸線為直線,頂進施工由低到高,始發段60m的頂管軸線及其與周邊地層的關系見下圖。


始發段60m段管道軸線與地層間的關系

頂管頂進區間的頂進里程、平均覆土厚度和地層條件之間的關系見下表,个中頂管軸線穿越的主要地層是以某個區段中占絕大部分的地層。

某海底綜合管廊工程頂管路徑概況

實測頂力劇增的原因分析

頂管頂力突然增加的原因可大致分為3類,即地層地質條件的變化、外部原因導致的施工停滯頂管機械或其配套設備的機械故障。

地層地質條件的變化也可以細分為兩種:

一是在頂管進洞或出洞口處的地基處理(一般為高壓旋噴樁、水泥土攪拌樁或壓密注漿加固的地基土)導致的頂管切削加固后的地基土;

二是在長距離頂管工程中,遇到地層條件的變化,如本工程中由中粗砂層進入到脈巖殘積粘性土層,或其他工程中由單一土層進入復合土層中的情況。

該類型的頂力變化在施工前可以預期的,具體工程中通過正確地估算頂力和布設中繼間,可合理規避施工風險。

停工產生的頂力增加 是頂管工程中最為常見的一個頂力突增原因,外部停工的原因多種多樣,包括施工受阻、停電、極端天氣及行政要求等,外部原因造成的施工停滯不可預計,且時間長短對摩阻力的影響尤為明顯,在方案設計和施工過程中應做好相應的應急預案,以避免頂力過大造成施工恢復時無法重新啟動頂進施工的極端情況。

■ 頂管施工過程中掘進機械及其配套附屬設施的機械故障 也常常造成某種特定類型的施工異常,常見的問題是電機故障、進出漿的管道堵塞、泥漿泵故障、分離機故障等問題,關于該類型的問題需通過加強下井前機械的檢測、頂進施工過程中各類設備狀態的監控和必要維護、做好不同設備故障后的應急預案來達到減小設備故障概率、縮短故障后機械功能恢復等措施。

應對措施分析

頂力突增的原因眾多,在實際工程中應結合具體的機械設備情況、工程地質條件、周邊環境條件和社會條件做好不同的應急預案。

(1)提高頂管機械及其附屬設備的可靠性。為了最大可能地減小頂進施工過程中的機械故障造成的頂力突增,應在頂進機械下井前做好各個零部件的質量檢測,尤其是以往工程中常見損壞及損壞后難以及時更換的部位,同時需要在事前準備好可供更換的設備零部件或貨源,當發生故障后盡可能地縮短更換的時間。

(2)根據工程地質條件預判阻力并調整頂進速率。在頂進方案設計和施工組織方案設計階段,要重點關注頂管進出洞口地基處理段、頂進區間地層變化處、上軟下硬地層處的位置,在施工時提前預判各處的頂進阻力,合理調整頂進速度,做到“逢小可快、遇大則慢”的頂進速率控制原則。

(3)根據頂進區間長度合理選擇平均摩阻力值。在總頂力估算環節,目前工程上的做法都是采用頂管機的迎面阻力加上管道與土體之間的摩阻力兩部分組成,算法固定而且較為簡單,但摩阻力的取值是一個與土層類別相關的區間參數,其取值大小對頂力的估算結果影響較大,尤其是在長距離頂管工程中。

(4)優化中繼間的布置位置。根據規程規范的規定,在具體施工時當實際頂力達到中繼間總推力的50%~60%時,就安放第一個中繼間;隨后每當達到中繼間總推力的70%~80%時,就安放下一個中繼間。在實際工程中應用時,當計算需要布置中繼間時,尤其在長距離頂管和地質條件復雜的工程中,盡量減小第一個中繼間與機頭之間的距離,將中繼間的頂力富裕系數調整至50%以上,一般情況下建議第一個中繼間與機頭之間的距離不超過60 m。對于第一個中繼間后的其他中繼間,在頂力突增時需要承擔的是該中繼間與前一個中繼間之間的管節與土體之間的摩阻力,采用30%的裕度是可以滿足工程實際需求。

(5)頂力突增時的施工控制措施。遇到可能導致頂力突增的問題時,首先要排查、明確產生突增的原因,而后對癥下藥,盡可能降低頂力增加的幅度,如保持刀盤的慢速轉動、保證減阻泥漿的注入等,以避免刀盤前方的泥水倉失水凝固或減阻泥漿的流失、凝固而導致的阻力增大。

*需要說明的是,本文有一定的局限性,不適合我國北方廣大 硬質地盘區,未能考慮鋼筋混凝土排水管管口承壓本领的影響。

本文由唐興裝備整理自「泥水平衡頂管頂力突增過程實測及其應對步伐剖析」羅景生,轉載請注明出處,若有侵權請聯系刪除。

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